CN108759997A - 一种用于石化传送皮带称重的光纤传感系统及其监测方法 - Google Patents

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童杏林
刘访
邓承伟
张翠
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Abstract

本发明涉及光纤传感监测与诊断应用技术领域，具体指一种用于石化传送皮带称重的光纤传感系统，同时公开了一种用于石化传送皮带称重的光纤传感系统的监测方法；包括传送带、光源模块、光分路器、信号采集模块、计算机、若干F‑P应变传感器和环形器，所述光源模块与光分路器连接，若干环形器分别与信号采集模块连接，信号采集模块与计算机连接；所述若干F‑P应变传感器依次间隔地安装在传送带上。本发明结构合理，监测系统采用2×2多点分布式测量的方式，通过获得监测点上称重质量、皮带速度、累积进料量等多参量的实时变化量，故障专家诊断与报警系统可以分析和诊断异常转速或停转等故障类型，进行有效的故障类型信息预警提示。

Description

一种用于石化传送皮带称重的光纤传感系统及其监测方法
技术领域
本发明涉及光纤传感监测与诊断应用技术领域，具体指一种用于石化传送皮带称重的光纤传感系统，同时公开了一种用于石化传送皮带称重的光纤传感系统的监测方法。
背景技术
石化生产是现代石油化工工业的核心，其中的煤炼油过程中的进料环节一般采用传送皮带进行运输反应原料，这是是控制反应进程的重要步骤。因此，需要对石化煤炼油生产的过程的进料量和速度进行实时的监测，并根据各参量反映的数据分析并有效预警。
目前对于石化煤炼油过程中的传送皮带称重在线监测多是采用电类传感器，如压电阻式应变传感器、电容式应变传感器和电感式应变传感器，而化工工业对于现场用电的使用有着苛刻的要求，并且该类传感器存在温度稳定性差和信号无法进行长距离传输等诸多问题。
因此，现有技术有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种可对石化的煤炼油过程中皮带传送的进料量、进料速度、进料累积量等多参量进行实时监测，并对各参量反映进行分析，实现有效预警的用于石化传送皮带称重的光纤传感系统及其监测方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的一种用于石化传送皮带称重的光纤传感系统,包括传送带、光源模块、光分路器、信号采集模块、计算机、若干F-P应变传感器和环形器，所述光源模块与光分路器连接，光分路器与若干环形器一一对应连接，若干环形器通过多芯光缆分别与对应的F-P应变传感器连接，且若干环形器分别与信号采集模块连接，信号采集模块与计算机连接；所述若干F-P应变传感器依次间隔地安装在传送带上。
根据以上方案，所述传送带上设有两个监测点且每个监测点上均设有两个F-P应变传感器，F-P应变传感器固定安装在传送带的皮带下方，且四个F-P应变传感器相互间构成2×2阵列，监测点上的两个F-P应变传感器之间的连线与传送带的运行方向垂直。
根据以上方案，所述F-P应变传感器包括具有F-P腔的传感光纤和弹性元件，弹性元件固定在传感光纤的F-P腔端面上，且弹性元件与传送带的皮带抵触设置。
根据以上方案，所述传感光纤上设有光纤校准器和FBG温度传感器，FBG温度传感器由采用频分复用方式刻写在传感光纤上的FBG光栅构成，且FBG温度传感器设置在光纤校准器的尾部。
根据以上方案，所述计算机上安装有解调程序且采用多线程方式处理F-P应变传感器所反馈的信号。
一种用于石化传送皮带称重的光纤传感系统的监测方法，其步骤如下：
a、信号采集，信号采集模块提取各路F-P应变传感器返回的光谱信号，对光谱信号进行去噪滤除高频噪声提高信噪比，再对光谱信号进行分离从中获取FBG子光谱和F-P干涉子光谱；
b、特征提取，从FBG子光谱中提取布拉格波长，从F-P干涉子光谱提取F-P腔长；
c、信号解调，将布拉格波长转换为温度值，根据温度值确定标定曲线，结合F-P腔长计算F-P应变传感器所受重量；
d、解调程序根据相互关联算法计算传送带上的物理的流转速度，并根据积分方式计算单位时间内的累积流量，将数据发送给计算机上的专家故障诊断与报警系统。
本发明有益效果为：本发明结构合理，光纤传感器具有体积小巧、本征安全、抗电磁干扰能力强、信号传输距离远、频率响应范围大、精度高等优势；监测系统采用2×2多点分布式测量的方式，通过获得监测点上称重质量、皮带速度、累积进料量等多参量的实时变化量，故障专家诊断与报警系统可以分析和诊断异常转速或停转等故障类型，进行有效的故障类型信息预警提示。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的F-P应变传感器内部结构示意图。
图中：
1、光源模块；2、传送带；3、F-P应变传感器；11、光分路器；12、环形器；13、信号采集模块；14、计算机；15、多芯光缆；31、传感光纤；32、弹性元件；33、F-P腔；34、光纤校准器；35、FBG温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1所示，本发明所述的一种用于石化传送皮带称重的光纤传感系统,包括传送带2、光源模块1、光分路器11、信号采集模块13、计算机14、若干F-P应变传感器3和环形器12，所述光源模块1与光分路器11连接，光分路器11与若干环形器12一一对应连接，若干环形器12通过多芯光缆15分别与对应的F-P应变传感器3连接，且若干环形器12分别与信号采集模块13连接，信号采集模块13与计算机14连接；所述若干F-P应变传感器3依次间隔地安装在传送带2上，信号采集模块13提取各路F-P应变传感器3返回的光谱信号，通过标准的标定称重实验进行自学习，以获得相应的自适应权值，将F-P应变传感器3的应变量进行加权平均作为每个检测点(8和11)的称重输出，从而对石化的煤炼油过程中传送带2传送的进料量、进料速度、进料累积量等多参量进行实时监测，并对各参量反映进行分析。
所述传送带2上设有两个监测点且每个监测点上均设有两个F-P应变传感器3，F-P应变传感器3固定安装在传送带2的皮带下方，且四个F-P应变传感器3相互间构成2×2阵列从而分别监测两个监测点上的物料质量，监测点上的两个F-P应变传感器3之间的连线与传送带2的运行方向垂直；所述F-P应变传感器3包括具有F-P腔33的传感光纤31和弹性元件32，弹性元件32固定在传感光纤31的F-P腔33端面上，且弹性元件32与传送带2的皮带抵触设置；弹性元件32与传送带2直接接触产生形变，间接导致传感光纤31上的F-P腔33腔长发生变化，计算机上14的解调程序通过对F-P腔33长解调实现应变的探测。
所述传感光纤31上设有光纤校准器34和FBG温度传感器35，FBG温度传感器35由采用频分复用方式刻写在传感光纤31上的FBG光栅构成，且FBG温度传感器35设置在光纤校准器34的尾部，所测温度值用于补偿温度对F-P腔33长变化的影响，提高F-P腔33长解调精度；计算机14在解调F-P腔33长之前，先通过探测到的FBG温度传感器35的布格拉波长计算出当前温度值，再解调F-P腔长以提高解调精度。
所述计算机14上安装有解调程序且采用多线程方式处理F-P应变传感器3所反馈的信号；包括了信号采集、预处理、特征提取和信号解调等步骤；信号采集是调用采集方法提取各路F-P应变传感器3返回的光谱信号；预处理包括对采集的原始光谱信号先进行去噪和再信号分离，去噪目的是滤除高频噪声，提高信噪比，信号分离从光谱信号中获取FBG子光谱和F-P干涉子光谱；特征提取包括从FBG子光谱中提取布格拉布拉格波长，从F-P干涉子光谱提取F-P腔长；信号解调是先从布拉格波长转换为温度值，算法根据温度值确定当前的标定曲线，结合F-P腔长即可计算F-P应变传感器所受重量。
一种用于石化传送皮带称重的光纤传感系统的监测方法，其步骤如下：
a、信号采集，信号采集模块13提取各路F-P应变传感器3返回的光谱信号，对光谱信号进行去噪滤除高频噪声提高信噪比，再对光谱信号进行分离从中获取FBG子光谱和F-P干涉子光谱；
b、特征提取，从FBG子光谱中提取布拉格波长，从F-P干涉子光谱提取F-P腔33长；
c、信号解调，将布拉格波长转换为温度值，根据温度值确定标定曲线，结合F-P腔33长计算F-P应变传感器3所受重量；
d、解调程序根据相互关联算法计算传送带2上的物理的流转速度，并根据积分方式计算单位时间内的累积流量，将数据发送给计算机14上的专家故障诊断与报警系统。
所述计算机14中的解调程序采用互相关算法计算出传送带2的速度，两组F-P应变传感器3在监测点上的连续称重输出分别为Q1(t)和Q2(t)，计算两路时域信号的互相关函数：
R(τ)＝∫Q2(t)*Q2(t)dt
求解采集R(τ)的极大值点Max[R(τ)]的时间间隔t0，即Q1(t)和Q2(t)之间的时延，物料经过时间间隔t0从检测点1(8)被传送到检测点2(11)；速度公示V可表示为：
V＝L/t0
式中L为两个监测点之间的距离。
所述计算机14中的解调程序采用积分的方式计算累积流量，任意一段时间t1至t2时间段内的累积流量Ф可表示为：
所述计算机14上的专家故障诊断与报警系统，通过检测传送带2转速对异常转速或停转情况进行实时报警；同时还通过检测传送带2的称重输出从而实现对无质量输出或超重输出进行预警，判断是否F-P应变传感器3出现异常。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (6)

1.一种用于石化传送皮带称重的光纤传感系统,包括传送带(2)、光源模块(1)、光分路器(11)、信号采集模块(13)、计算机(14)、若干F-P应变传感器(3)和环形器(12)，其特征在于：所述光源模块(1)与光分路器(11)连接，光分路器(11)与若干环形器(12)一一对应连接，若干环形器(12)通过多芯光缆(15)分别与对应的F-P应变传感器(3)连接，且若干环形器(12)分别与信号采集模块(13)连接，信号采集模块(13)与计算机(14)连接；所述若干F-P应变传感器(3)依次间隔地安装在传送带(2)上。
2.根据权利要求1所述的用于石化传送皮带称重的光纤传感系统，其特征在于：所述传送带(2)上设有两个监测点且每个监测点上均设有两个F-P应变传感器(3)，F-P应变传感器(3)固定安装在传送带(2)的皮带下方，且四个F-P应变传感器(3)相互间构成2×2阵列，监测点上的两个F-P应变传感器(3)之间的连线与传送带(2)的运行方向垂直。
3.根据权利要求1所述的用于石化传送皮带称重的光纤传感系统，其特征在于：所述F-P应变传感器(3)包括具有F-P腔(33)的传感光纤(31)和弹性元件(32)，弹性元件(32)固定在传感光纤(31)的F-P腔(33)端面上，且弹性元件(32)与传送带(2)的皮带抵触设置。
4.根据权利要求3所述的用于石化传送皮带称重的光纤传感系统，其特征在于：所述传感光纤(31)上设有光纤校准器(34)和FBG温度传感器(35)，FBG温度传感器(35)由采用频分复用方式刻写在传感光纤(31)上的FBG光栅构成，且FBG温度传感器(35)设置在光纤校准器(34)的尾部。
5.根据权利要求1所述的用于石化传送皮带称重的光纤传感系统，其特征在于：所述计算机(14)上安装有解调程序且采用多线程方式处理F-P应变传感器(3)所反馈的信号。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种用于石化传送皮带称重的光纤传感系统的监测方法，其步骤如下：
a、信号采集，信号采集模块(13)提取各路F-P应变传感器(3)返回的光谱信号，对光谱信号进行去噪滤除高频噪声提高信噪比，再对光谱信号进行分离从中获取FBG子光谱和F-P干涉子光谱；
b、特征提取，从FBG子光谱中提取布拉格波长，从F-P干涉子光谱提取F-P腔(33)长；
c、信号解调，将布拉格波长转换为温度值，根据温度值确定标定曲线，结合F-P腔(33)长计算F-P应变传感器(3)所受重量；
d、解调程序根据相互关联算法计算传送带(2)上的物理的流转速度，并根据积分方式计算单位时间内的累积流量，将数据发送给计算机(14)上的专家故障诊断与报警系统。
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